JPH05152683A - マルチビーム半導体レーザーアレイ - Google Patents

マルチビーム半導体レーザーアレイ

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JPH05152683A
JPH05152683A JP4137694A JP13769492A JPH05152683A JP H05152683 A JPH05152683 A JP H05152683A JP 4137694 A JP4137694 A JP 4137694A JP 13769492 A JP13769492 A JP 13769492A JP H05152683 A JPH05152683 A JP H05152683A
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semiconductor laser
laser array
window region
cavity
insulating layer
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JP4137694A
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Takeshi Ota
猛史 太田
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Fuji Xerox Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光学的クロストークがなく、レーザー発振し
きい値が低く、サーマルクロストークが小さく、しかも
最大出力の大きいマルチビーム半導体レーザーアレイを
提供すること 【構成】 基板と、この基板上に設けられた互いに独立
して駆動可能な複数の半導体レーザー素子と、この半導
体レーザー素子を形成するキャビティの第１の端面に配
設された、前記半導体レーザー素子の活性の材料層より
広いバンドギャップを有しかつ電気的に励起されない第
１のウィンドー領域と、この第１のウィンドー領域にコ
ーティングされた、光学的反射率を低下させる低反射率
膜と、前記半導体レーザー素子を形成するキャビティの
第２の端面に配設された、光学的反射率を増加させる高
反射率膜とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はディジタル複写機、レー
ザービームプリンター、光ディスク等において光ビーム
で書き込みを行うためのレーザービーム光源に関し、特
に複数のレーザービームで同時に書き込みを行うことの
できる光源であるマルチビーム半導体レーザーアレイに
関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、レーザービームプリンターにお
いては、半導体レーザーからのレーザービームがポリゴ
ンスキャナーと呼ばれる回転多面鏡に照射され、回転多
面鏡からの反射ビームが一定速度で移動する帯電された
感光体の表面に照射される。回転多面鏡の回転によりレ
ーザービームは感光体の移動方向と直角に走査される。
レーザービームは出力すべき画像に応じて変調されるの
で、感光体上には静電潜像が形成され、この静電潜像が
現像されて可視のトナー像となる。このようなレーザー
ビームプリンターにおいては、出力画像の精細度を高め
るためには走査線の間隔を狭くする必要がある。また、
高速で画像を出力するためには、走査速度を高める必要
がある。このレーザービームプリンターの高精細度化、
高速化において最も問題となるのはポリゴンスキャナー
の回転速度に限界があることである。
【０００３】この問題を解決するために複数のレーザー
ビームによって被走査面を一度に走査するマルチビーム
スキャン方式は既に公知のものである。また、マルチビ
ームスキャン方式はレーザービームプリンターのみなら
ず光ディスクの記録再生速度の向上の点からも有利であ
ることも周知の事実である。このマルチビームスキャン
方式にあっては、復数のレーザービームスポットを例え
ばポリゴンスキャナーによる走査方向（以下、主走査方
向と呼ぶ）と直角なる方向（以下、副走査方向と呼ぶ）
に十分近接させなくてはならない。このために、複数の
半導体レーザーを近接させて製造する努力がなされてお
り、現在１０μｍ間隔まで近接させた半導体レーザーア
レイが試作されている（特開平２ー３９５８３号公報及
び、Ｒ．Ｌ．Ｔｈｏｒｎｔｏｎ ｅｔ． ａｌ．，
“Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆ ｃｌｏｓｅｌｙ ｓｐａ
ｃｅｄ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｌｙ ａｄｄｒｅｓｓ
ａｂｌｅ ｌａｓｅｒｓ ｆａｂｌｉｃａｔｅｄ ｂｙ
ｉｍｐｕｒｉｔｙ−ｉｎｄｕｃｅｄ ｄｉｓｏｒｄｅ
ｒｉｎｇ”， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．
５６（１７）， １６２３−１６２５（１９９０）等参
照）。
【０００４】一方、マルチビーム、単一ビームによら
ず、半導体レーザーを用いたレーザービームプリンター
の光学系において、最も精度保持の難しいのは光源側の
コリメーターである。半導体レーザーから出射するレー
ザービーム光の拡がり角は、全角半値幅で、接合面に平
行な方向でθ1＝８°程度、接合面に垂直な方向でθ２
＝３２°程度である（特開平２ー３９５８３号公報）。
コリメーターは角度の大きなθ2に合わせて設計しなく
てはならず、ＮＡ（開口値）０．５以上の明るいコリメ
ーターレンズが必要である。明るいレンズは低収差のも
のを作るのが難しく、また焦点深度もＮＡ０．５のもの
で８μｍ程度と浅いので光学系の保持が難しいという問
題があった。
【０００５】半導体レーザーのレーザービーム光の拡が
り角は半導体レーザーの構造に依存し、半導体レーザー
の共振器端面に接した部分に活性層の材料よりもバンド
ギャップが広い材料で電気的に励起されない領域を有す
る構造（以下、ウィンドー構造と呼ぶ）を採用すること
により、前記のθ2を３４°から１９°へ約半分に低減
できることが報告されている（Ｒｏｂｅｒｔ Ｔｈｏｒ
ｎｔｏｎ ｅｔ． ａｌ．， “Ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ
（２．１Ｗ） １０−ｓｔｒｉｐｅ ｌａｓｅｒ ａ
ｒｒａｙｓ ｗｉｔｈ Ｓｉ ｄｉｓｏｒｄｅｒｉｎｇ
ｆａｃｅｔｗｉｎｄｏｗｓ”， Ａｐｐｌ． Ｐｈ
ｙｓ． Ｌｅｔｔ．， ４９ （２３）， １５７２−
１５７４（１９８６）参照）。このθ2の減少は、ウィ
ンドー領域でレーザービームが広がるため半導体レーザ
ーの端面でのニアーフィールドパターンが大きくなるこ
とが原因と考えられる。単一ビームであるならば、この
ウィンドー構造の採用により前述の問題、すなわち、コ
リメーターレンズにＮＡ（開口値）０．５以上の明るい
ものが必要であり、そのため焦点深度が浅くなってしま
うという問題を改善することができる。
【０００６】また、このウィンドー構造は半導体レーザ
ーから取り出せるレーザー光出力の向上の点からも有利
であることは良く知られている。半導体レーザーの最大
出力を制限しているのはレーザー光出射端面の破壊強度
（ＣＯＤレベルと言う）であるが、ウィンドー構造を採
用することによりこの破壊強度を向上させることができ
るからである。ただし、ウィンドー構造の採用により最
大出力を向上させるには半導体レーザーの２つのキャビ
ティー端面両方にウィンドー構造を設けなくてはならな
い。片方のキャビティー端面のＣＯＤレベルを向上させ
ても、もう一方が弱いままでは弱い方のＣＯＤレベルで
全体の破壊強度が決まってしまうからである。上記の文
献においても、最大出力を４倍程度向上させることがで
きたことが報告されている。光ディスク、特に光磁気方
式の光ディスクにあってはレーザー光に要求される最大
出力が、例えば１００ｍＷというような大きなものであ
ることが知られている。したがって、ウィンドー構造の
採用により半導体レーザーの最大出力を向上させること
は有効であると考えられる。
【０００７】ところで、レーザービームプリンター用に
せよ光ディスク用にせよ、マルチビーム半導体レーザー
アレイにおいてはサーマルクロストークが大きな問題で
ある。サーマルクロストークを改善するには、半導体レ
ーザーアレイチップをヒートシンクにいわゆるジャンク
ションサイドダウンでマウントすることが効果的であ
る。（例えば、別所他、「７９０ｎｍ高出力８ビームＡ
ｌＧａＡｓ半導体レーザ」、１９９１年秋季応用物理学
会予稿集１１ｐ−ＺＭ−１７（１９９１）．あるいは、
村田他、「ヒートパスワイヤ実装による５０μｍ間隔８
素子レーザアレイの特性改善実験」１９９１年秋季応用
物理学会予稿集１１ｐ−ＺＭ−１８（１９９１）参
照）。ジャンクションサイドダウンとは半導体レーザー
の接合部（ジャンクション）側をヒートシンクにマウン
トするものである。
【０００８】このサーマルクロストークの改善には、半
導体レーザーの端面の反射率を増加させることも効果が
あると考えられる。半導体レーザーの端面の反射率を増
加させると、しきい値は低下し、特性温度は増加するの
で、その結果サーマルクロストークが減少するのであ
る。半導体レーザーの端面の反射率を増加することによ
って、単一の半導体レーザー素子のドループを約１／５
に低減できたという報告がある（島田他、「可視半導体
レーザーのドループ特性の改善」１９９１年秋季応用物
理学会予稿集９ｐ−ＺＭ−３（１９９１）参照）。ドル
ープとは半導体レーザー素子の発熱がその素子自身に与
える熱的な影響のことであり、ドループ特性の良好な半
導体レーザー素子をアレイにすればアレイのサーマルク
ロストークを低減できると予想される。上記の文献では
端面の反射率を両側共に３５％から５０％と増加させる
ことにより、ドループを５％から１％へと低下させるこ
とができたことが報告されている。ただし、この場合Ｃ
ＯＤレベルとスロープ効率は低下してしまい、半導体レ
ーザーの最大出力は低下するという欠点もある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記のようなことか
ら、マルチビーム半導体レーザーアレイにおいて、前述
のウィンドー構造を採用すれば、前記のθ2を低減する
ことができる他、最大出力の増加を図ることができると
考えられる。端面の反射率を増加させてサーマルクロス
トークを低減し、その際に副作用として生じる最大出力
の低下を、ウィンドー構造の採用によって補うというこ
とも考えられる。しかしながら、マルチビーム半導体レ
ーザーアレイにおいて、前述のウィンドー構造を採用し
た場合には以下に述べる光学的結合の問題があり実現が
容易ではなかった。ウィンドー構造を採用したマルチビ
ーム半導体レーザーアレイは図１５に示すような構造と
なる。このような構造においては、例えば半導体レーザ
ー素子ＬＤ−１から出射したレーザービーム光１はウィ
ンドー領域２で広がり、通常３５％程度の光学的反射率
を有する端面３によって反射され、出射光の一部が隣接
する半導体レーザー素子ＬＤ−２に入射してしまう。こ
れは、ふたつの半導体レーザー素子ＬＤ−１とＬＤ−２
が光学的に結合することを意味し、隣接する半導体レー
ザー素子ＬＤ−１とＬＤ−２との間の光学的クロストー
クとなる。まして端面の反射率を増加させた上にウィン
ドー構造を採用するのではこの光学的結合の問題はさら
に深刻になると考えられる。
【００１０】この光学的クロストークの増大を抑制する
ひとつの方法はウィンドー領域を配設した端面の光学的
反射率を下げることである。この方法を採用した場合は
サーマルクロストークを低減するという効果は望めない
がθ2の低減という効果はある。しかしながら、θ2の低
減だけを狙うにしても両方の端面の光学的反射率を下げ
たならレーザー発振器の正帰還量の低下がおこり、レー
ザー発振のしきい値が増加し、最悪の場合レーザー発振
器として機能しなくなる恐れがある。以上のように、θ
2を低減するためウィンドー構造を採用すると、半導体
レーザー素子間の光学的クロストークが増大するという
問題があった。また、光学的クロストークを抑制するた
めウィンドー領域を配設した端面の光学的反射率を下げ
るとレーザー発振のしきい値が増加する、という問題が
あった。また、端面の光学的反射率を下げるという方法
ではウィンドー構造の採用による最大出力の向上という
効果は期待できないという問題もあった。
【００１１】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであって、その目的とするところは、光学的ク
ロストークがなく、レーザー発振しきい値が低く、サー
マルクロストークが小さく、しかも最大出力の大きいマ
ルチビーム半導体レーザーアレイを提供することにあ
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明のマルチビーム半導体レーザーアレイは、基
板と、この基板上に設けられた互いに独立して駆動可能
な複数の半導体レーザー素子と、この半導体レーザー素
子を形成するキャビティの第１の端面に配設された、前
記半導体レーザー素子の活性の材料層より広いバンドギ
ャップを有しかつ電気的に励起されない第１のウィンド
ー領域と、この第１のウィンドー領域にコーティングさ
れた、光学的反射率を低下させる低反射率膜と、前記半
導体レーザー素子を形成するキャビティの第２の端面に
配設された、光学的反射率を増加させる高反射率膜とを
備えてなることを特徴とする。
【００１３】また、本発明のマルチビーム半導体レーザ
ーアレイは、更に、前記キャビテイに直交する面に設け
られたボンデイングパッドと、このボンデイングパッド
と前記半導体レーザー素子とを接続する電極とを有し、
前記電極を前記キャビテイに直交する端面側の前記第１
のウインドー領域に設けてなることを特徴とする。
【００１４】また、本発明のマルチビーム半導体レーザ
ーアレイは、更に、前記第２の端面と高反射率膜との間
に、前記半導体レーザー素子の活性の材料層より広いバ
ンドギャップを有しかつ電気的に励起されずかつ前記第
１のウインドー領域よりも狭幅の第２のウィンドー領域
を配設したことを特徴とする。
【００１５】また、本発明のマルチビーム半導体レーザ
ーアレイは、基板と、この基板上に設けられた互いに独
立して駆動可能な複数の半導体レーザー素子と、この半
導体レーザー素子を形成するキャビティの第１の端面お
よび第２の端面のそれぞれに配設された、前記半導体レ
ーザー素子の活性の材料層より広いバンドギャップを有
しかつ電気的に励起されないウィンドー領域を備え、こ
のウインドー領域には、隣接する半導体レーザー素子同
士を光学的に分離する分離手段を備えることを特徴とす
る。
【００１６】また、本発明のマルチビーム半導体レーザ
ーアレイは、基板と、この基板上に設けられた互いに独
立して駆動可能な複数の半導体レーザー素子と、前記キ
ャビテイに直交する面に設けられ、前記半導体レーザー
素子に電流を注入するための電流注入電極と、この電流
注入電極上に設けられた絶縁層と、この絶縁層上に設け
られたヒートシンクとを有することを特徴とする。
【００１７】
【作用】本発明によれば、半導体レーザー素子より出射
するレーザービーム光の拡がり角はレーザービーム光の
出射部の光学的構造に依存するのでθ2の低減効果はウ
ィンドー領域を両端面に配設した場合とほぼ同等とな
り、θ2を約半分に低減することができる。また、ウィ
ンドー領域を配設した側の第１の端面を光学的に低反射
率としたことにより隣接する半導体レーザー素子間の光
学的クロストークの発生を抑制することができる。さら
に、前記第１の端面とは反対側の第２の端面に光学的に
反射率を増加させる膜を配設し、レーザー発振に必要な
正帰還を専らこの光学的高反射率膜を配設した第２の端
面に担わせることにより、ウィンドー領域を配設した側
の端面を光学的に低反射率としてもレーザー発振のしき
い値を増加させないようにすることができる。
【００１８】また、第１の端面に設けられたウインドー
領域よりも狭幅のウインドー領域を、光学的反射率を増
加させる高反射率膜を配設した第２の端面に設けること
によって、隣接する半導体レーザー素子間の光学的結合
を抑制することができるとともに、第２の端面のＣＯＤ
レベルの低下を防ぐことができる。
【００１９】また、本発明によれば、前記ウィンドー領
域に光学的な分離手段を設けたので、隣接する半導体レ
ーザー素子間の光学的結合を防止することができる。し
たがって端面の反射率を増加させて、しきい値の低減、
特性温度の向上、ひいてはドループ及びサーマルクロス
トークの低減を図りつつ、端面のＣＯＤレベルの低下を
防いで最大出力の低下を防ぐことができる。
【００２０】また、本発明によれば、アレイ間隔の小さ
な半導体レーザーアレイでも、微細な間隔の電流注入電
極上に絶縁層を設け、その上に比較的広い面積の接着層
を設けることができるので、ジャンクションサイドダウ
ンでマウントすることが可能であり、サーマルクロスト
ークの低減、最大出力の向上を図ることができる。
【００２１】また、本発明によれば、ウィンドー領域の
上にボンディングパッドと個別の半導体レーザー素子と
を結ぶ接続用電極を配設することにより、多層配線を用
いることなく６ビーム程度までのマルチビーム半導体レ
ーザーアレイを実現することができ、マルチビーム半導
体レーザーアレイ製造が容易になる。
【００２２】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。 （第１実施例）図１に、本発明の第１実施例におけるレ
ーザーの発振の様子を模式的に示す。レーザーＬＤ−１
からのレーザー光は、光学的低反射率層１３があるため
端面でほとんど反射せず、ＬＤ−２にほとんど入らな
い。従って、ＬＤ−１とＬＤ−２の間で光学的クロスト
ークはおこらない。
【００２３】以下、図２から図４を参照して本発明の第
１実施例を説明する。図２は、本発明の第１実施例のマ
ルチビーム半導体レーザーアレイの構成斜視図、図３は
図２の半導体レーザーアレイのＸーＸ線切断断面図、図
４は図２の半導体レーザーアレイのＹーＹ線切断断面図
である。本実施例のマルチビーム半導体レーザーアレイ
は、同一基盤１０上に半導体レーザー素子１５ａ、１５
ｂ、１５ｃを３個距離７．０μｍだけ離して並べた構造
である。個々の半導体レーザー素子１５は、ＡｌＧａＡ
ｓ系のダブルヘテロ構造で、不純物拡散による無秩序化
を用いて横方向の電流及び光の閉じ込めを行うと共にウ
ィンドー領域２を形成している。半導体レーザー素子１
５の発光波長は０．７８μｍで、ストラィプ幅２８は約
３μｍである。
【００２４】基板１０はシリコン（Ｓｉ）ドープのＧａ
Ａｓ基板である。ｎ型クラッド層２０およびｐ型クラッ
ド層２２は、Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓの組成で、厚さは１．
０μｍ、活性層２１はＡｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓの組成で、厚
さは０．１μｍである。基板側のクラッド層２０はＳｅ
がドープされたｎ型であり、キャリア濃度は１．０×１
０18ｃｍ-3である。上側のクラッド層２２はＭｇがドー
プされたｐ型でキャリア濃度は１．０×１０18ｃｍ-3で
ある。活性層２１は、このふたつのクラッド層にはさま
れた構造となっている。上側のｐ型のクラッド層の上部
には、オーミックコンタクトを形成するためのキャップ
層２３を配設する。キャップ層２３はＭｇをドープした
ＧａＡｓで、厚さは０．１μｍである。キャップ層２３
のキャリア濃度は、１．０×１０18ｃｍ-3である。マル
チビーム半導体レーザーアレイ全体の素子寸法は、キャ
ビティ長Ｌ1が２５０μｍ、幅Ｌ2が８００μｍ、厚さＬ
3が１００μｍである。外部電極を取り出すために２０
０μｍ×２００μｍのボンディングパッド１１ａ〜１１
ｃを上面部に設けてある。ボンディングパッド１１ａ
は、図２の中央の半導体レーザー１５ａに、１１ｂは１
５ｂに、１１ｃは１５ｃに各々対応している。
【００２５】３個の半導体レーザー素子の内、中央の半
導体レーザー素子１５ａと対応するボンディングパッド
１１ａとを接続するために、図４に示すように電極２６
がウィンドー領域の上に配設されている。コンタクト電
極２４、ボンディングパッド１１ａ〜１１ｃ、接続用電
極２６はキャップ層２３とオーミックコンタクトを形成
し易い金亜鉛合金（Ａｕ−Ｚｎ）の上にボンディングワ
ィヤー１２の金線（Ａｕ）と接着し易い金錫合金（Ａｕ
−Ｓｎ）を重ねた構造とした。ストラィプ２８に対応し
ない領域には、上側のｐ型のクラッド層２２の深さ０．
５μｍ程度まで、プロトン注入を施して絶縁化領域２９
を形成してリーク電流の発生を防いでいる。
【００２６】図１に示すように、ウインドー領域２は、
片側の端面にＬ４＝２５μｍの幅で配設してあり、この
端面には、レーザー発振波長の１／４の波長に相当する
厚さの膜（以下、１／４波長膜と呼ぶ）をアルミナ（Ａ
ｌ2Ｏ3）で形成して低反射コーテイング１３とし、光学
的反射率を約４％に下げている。レーザービーム光は、
このアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の１／４波長膜からなる低反
射コーティング１３を施した端面より取り出している。
反対側の端面には、レーザー発振波長の１／４の波長に
相当する厚さの膜として１／４波長のアルミナ（Ａｌ2
Ｏ3）の１／４波長膜とシリコン（Ｓｉ）の１／４波長
膜とを交互に３周期分形成して高反射コーティング１４
とし、約９８％の光学的反射率を得ている。
【００２７】以上の構造の半導体レーザー素子は、従来
のウィンドウー領域および低反射コーティングを設けな
い半導体レーザー素子に比べて発振しきい値はほぼ同等
であった。そして、ウィンドー領域側の端面の反射に起
因する光学的クロストークはほぼ１／１０に減少した。
さらに、低い光学的反射率が必要な場合は、アルミナ
（Ａｌ2Ｏ3）の代わりに酸化ハフニウム（Ｈｆ2Ｏ3）の
１／４波長膜からなる低反射のコーティングを施せば、
光学的反射率を０．１％以下に下げることもできる。以
上の構造においては、接合面に平行な方向のレーザー光
１６の拡がり角θ1は、約８°（全角半値幅）、接合面
に垂直な方向のレーザー光の拡がり角θ2は、約１９°
（全角半値幅）であった。
【００２８】次に、第１実施例に係わるマルチビーム半
導体レーザーアレイの製造方法について、図５および図
６を参照して簡単に説明する。図５（ａ）〜（ｆ）は、
マルチビーム半導体レーザーアレイが形成されていく過
程を示すの断面構造図である。図６（ａ）〜（ｆ）は、
図５（ａ）〜（ｆ）に対応する平面図である。まず、図
５（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法にてシリコンドー
プのｎ型ＧａＡｓ基板１０上にＳｅドープＧａＡｓバッ
ファ層０．５μｍ（図示せず）、ｎ型クラッド層２０、
活性層２１、Ｐ型クラッド層２２、キャップ層２３を順
次エピタキシャル成長させる。次に、ＣＶＤ法とフォト
リソグラフィーを組み合せて図５（ｂ）に示すようにシ
リコン拡散源３３をキャップ層２３の上に形成する。そ
して、拡散炉中で８００°Ｃ前後の温度で数時間の拡散
を行うことにより、拡散ブロック層３２のないところ
で、シリコン（Ｓｉ）がエピタキシャル層中に拡散して
行き、Ｓｉの拡散した領域３１ではクラッド層２０及び
２２と活性層２１が混晶化し、図５（ｃ）に示すような
構造を形成する。このような現象は、不純物拡散による
無秩序化と呼ばれている。
【００２９】混晶化領域３０は、活性層２１に比べてワ
イドギャップで屈折率は小さくなるので、横方向のキャ
リア及び光の閉じ込めを行うと共にウィンドー領域の形
成を行うことができる。次いで拡散キャップ層（Ｓｉ3
Ｎ4）３４、拡散源（Ｓｉ）３３、拡散ブロック層（Ｓ
ｉ3Ｎ4）３２をドライエッチングにより除去した後、フ
ォトリソグラフィーを施してストライプ２８に対応した
ところにレジスト３５をパターニングしてから、プロト
ン注入を行うことにより、絶縁化領域２９を形成した。
このようにして図５（ｅ）の構造が得られる。この後、
レジストを除去してから、再びフォトリソグラフィーに
よって絶縁化領域２９上にレジストをパターニングし、
その上に金亜鉛合金（Ａｕ−Ｚｎ）、金錫合金（Ａｕ−
Ｓｎ）の順に蒸着した。それから、レジストを灰化して
レジストのないところに蒸着膜を残してコンタクト電極
２４を形成した。このプロセスはいわゆるリフトオフ法
である。
【００３０】このようにして図５（ｅ）、図６（ｅ）の
構造が得られる。その後、電極２４と同様の方法で接続
用電極２６およびボンディングパッド１１ａ〜１１ｃを
形成し、図６（ｆ）の構造を得た。さらに裏面電極（Ａ
ｕ−Ｇｅ）２７を蒸着してから、サンプル全体を所定の
条件下で熱処理を行い、オーミックコンタクトを形成し
た。この後、へき開、端面コート、ダィボンディング、
ワィヤーボンディングの工程（図示せず）を経てマルチ
ビーム半導体レーザーアレイは完成する。端面コートは
真空蒸着法によって２回に分けて行った。ウィンドーの
ある側の端面にはアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の単層コートで
あり、その反対側の端面にはアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）とシ
リコン（Ｓｉ）を交互に３周期蒸着した。なお、図６に
おいてあたかも外周部が存在するかのように描いてある
が、これは理解を助けるために描いたものであり、実際
にはこの段階では外周部が実在するわけではなく、へき
開してはじめてこのような形になる。
【００３１】次に、第１実施例の変形例を説明する。図
７は、この変形例を示したもので、第１実施例に加え
て、高反射コーティング１４のある端面側に僅かにウィ
ンドー領域を配設したものである。高反射コーティング
１４側の反射は、ウィンドー領域の幅Ｌ5が充分狭けれ
ば、隣接する半導体レーザー素子間の光学的結合を抑制
することができる。この場合、具体的にはＬ4を２５μ
ｍ、Ｌ5を２μｍというような値とする。Ｌ5が狭いので
端面のＣＯＤレベルはＬ5が充分広い場合に比べれば小
さいが、ウィンドー領域を全く設けない場合に比べれば
ＣＯＤレベルは大きくなる。
【００３２】（第２実施例）以下、図８から図１１を参
照して本発明の第２実施例を説明する。図８は、本発明
の第２実施例を模式的に示したものであり、図９は、本
発明の第２実施例の構成斜視図である。第２の実施例
は、ウィンドー領域２にメサエッチングによって形成し
た溝４０を配設することにより、各々の半導体レーザー
素子の発光スポット４２から発せられる光が、自分自身
以外の半導体レーザー素子に入射されることを防止、す
なわち、溝４０によって、隣接する半導体レーザー素子
間の光学的結合を防いでいる。中央の２個の半導体レー
ザー素子からボンディングパット１１ａ、１１ｄへの電
極の引き出しは、メサエッチした領域に設けた配線電極
２６を介して行っている。図８の構成では、隣接する半
導体レーザー素子間の光学的結合を防ぐことができるの
で、低反射コーティングを設ける必要はなく、両方の端
面に、例えば反射率５０％の高反射率コーティングを施
しても良い。このようにすると、従来技術の項で述べた
ように、発振しきい値を低減し、特性温度を向上させ、
ひいてはサーマルクロストークやドループ特性を改善す
ることができる。そして、その際に生じるＣＯＤレベル
の低下という問題を、ウィンドー構造の採用によって緩
和することができる。第２実施例によれば、両方の端面
側に接続電極２６を配設することができるので、図１０
に示すように、６本ビームまでのマルチビーム半導体レ
ーザーアレイでは多層配線を用いなくても電極を引き出
すことができる。上記の構造は、基本的に第１実施例の
項で述べたのと同様の製法で製作することが可能であ
る。図６の（ｃ）と（ｄ）の間にエッチング工程を加え
て溝４０を形成すれば良い。
【００３３】なお、第２実施例においては、溝によって
隣接する半導体レーザー素子間の光学的結合を防いでい
るが、これは溝に限ることなく、隣接する半導体レーザ
ー素子間の光学的結合を防ぐことができるのであれば、
如何なる機構でもよい。たとえば、ウインドー領域にお
ける隣接する半導体レーザー素子間に相当する箇所の屈
折率を低くしたり、光吸収層を設けたりすればすればよ
い。ところで、図８の構成では両側のＬＤ−１及びＬＤ
−４と間に挟まれるＬＤ−２及びＬＤ−３とでは、レー
ザービーム出射部付近の光学的な状況が異なる。このた
め、出射するレーザービームの特性がＬＤ−１及びＬＤ
−４とＬＤ−２及びＬＤ−３とでは異なってしまう場合
がある。このような問題の発生を防ぐには、図１１に示
したように両端の半導体レーザー素子（ＬＤ−１及びＬ
Ｄ−４）の外側に光学的分離手段４０を設ければ良い。
このようにすれば全ての半導体レーザー素子のレーザー
ビーム出射部付近の光学的な状況を等しくすることがで
きる。
【００３４】（第３実施例）以下、図１２から図１４を
参照して本発明の第３実施例を説明する。図１２は、本
発明の第３実施例を示したものである。第３の実施例
は、マルチビーム半導体レーザーチップ５０を電極パタ
ーンを形成したヒートシンク５１にいわゆるジャンクシ
ョンサイドダウンでマウントした構成である。図１３
は、マルチビーム半導体レーザーチップ５０の構造を示
す構造図であり、図１３（ａ）は、そのマルチビーム半
導体レーザーチップ５０の上面図、（図１３（ｂ）は、
図１３（ａ）のＸ−Ｘ’に沿っての断面図である。各半
導体レーザー素子のストライプ電極の上に絶縁層４５を
設け、さらにそのうえにダイボンドパッド４４を設けた
構造である。絶縁層４５は熱伝導性の良い絶縁体が好ま
しく、例えば、ＡｌＮやＳｉＮｘ等が適し、層厚は０．
２〜０．５μｍ程度である。絶縁層４５はスパッタリン
グとリフトオフの組み合せによって形成する。
【００３５】図１４に、電極パターンを形成したヒート
シンク５１の構造を示す。１１ａ〜１１ｄ及び５３はワ
イヤーボンディングパッドである。とくにワイヤーボン
ディングパッド５３はアース電極用のパッドである。５
５ａ〜５５ｄはボンディングパッド１１ａ〜１１ｄに対
応するダイボンドパッドである。ワイヤーボンディング
パッド１１ａ〜１１ｄ及び５３とダイボンドパッド１１
ａ〜１１ｄ及び５６はそれぞれ対応するパッド同士を配
線電極５７によって接続している。図１３に示すマルチ
ビーム半導体レーザーチップ５０のダイボンドパッド４
３ａ〜４３ｄ、４４は、図１４に示すヒートシンク５１
のダイボンドパッド５５ａ〜５５ｄ、５３にそれぞれ加
熱接着（融着）される。マルチビーム半導体レーザーの
ストライプ間隔は約１０μｍ程度であり、ダイボンド時
に各ストライプとヒートシンクに設けた電極を対応して
加熱接着（融着）することは大変困難であるが、本実施
例のようにすれば、ダイボンドパッドは数百μｍ角で良
いので、ダイボンドの際に各電極を対応させて接続する
ことができる。
【００３６】この第３実施例によれば、半導体レーザー
のストライプとヒートシンクの間により複雑な構造が介
在することによってダイボンドパッドの平但性が悪化す
ることによる熱抵抗の増加や製造工程における歩留りの
低下といった欠点を有する多層配線を用いることなく、
電極を引き出すことが可能となる。なお、第３実施例
は、第１実施例または第２実施例との組合せにおいて特
に効果が高い。つまり、第１実施例または第２実施例に
よれば、４ないし６本ビームまでのマルチビーム半導体
レーザーは、多層配線を使用せずとも電極を引き出すこ
とが可能だからである。
【００３７】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、ウィンド
ー領域を配設した側の第１の端面を光学的に低反射率と
したことにより隣接する半導体レーザー素子間の光学的
クロストークの発生を抑制することができる。さらに、
前記第１の端面とは反対側の第２の端面に光学的に反射
率を増加させる膜を配設し、レーザー発振に必要な正帰
還を専らこの光学的高反射率膜を配設した第２の端面に
担わせることにより、ウィンドー領域を配設した側の端
面を光学的に低反射率としてもレーザー発振のしきい値
の上昇を防止できる。
【００３８】また、本発明によれば、接合面に垂直な方
向のレーザー光の拡がり角θ2を約半分に低減すること
ができることに加えて、端面の高反射率化が可能なた
め、しきい値、及びサーマルクロストークを低減し、か
つ、最大出力の低下を防ぐことができる。さらに多層配
線を用いることなく６ビーム程度までのマルチビーム半
導体レーザーアレイを実現することができ製造が容易に
なる。
【００３９】また、ウィンドー領域の上にボンディング
パッドと個別の半導体レーザー素子とを結ぶ接続用電極
を配設することにより、多層配線を用いることなく６ビ
ーム程度までのマルチビーム半導体レーザーアレイを実
現することができ製造が容易になる。
【００４０】また、本発明によれば、微細な間隔の電流
注入電極ではなく比較的広い面積を有する接着部によっ
てヒートシンクと接着するので、マルチビーム半導体レ
ーザーチップをジャンクションサイドダウンでヒートシ
ンクにマウントすることができる。このためサーマルク
ロストークを改善できるとともに、最大出力を向上させ
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例の出射光の一例を示す図
である。
【図２】 本発明の第１実施例の構成斜視図である。
【図３】 図２の直線Ｘに沿った断面図である。
【図４】 図２の直線Ｙに沿った断面図である。
【図５】 図３の断面構造が形成されていく過程を示す
図である。
【図６】 図５に対応する上面図である。前記の図５
（ａ）〜（ｅ）は図６（ａ）〜（ｅ）に対応している。
【図７】 本発明の第１実施例の変形例を示す図であ
る。
【図８】 本発明の第２実施例の基本構成を示す上面図
である。
【図９】 本発明の第２実施例の構成斜視図である。
【図１０】 本発明の第２実施例に６本ビームの半導体
レーザーアレイを適用した例を示す図である。
【図１１】 本発明の第２実施例の変形例を示す上面図
である。
【図１２】 本発明の第３実施例の構成斜視図である。
【図１３】 図１３のマルチビーム半導体レーザーアレ
イチップの構造を示す上面図及び断面図である。
【図１４】 図１３のヒートシンク５１の上面図であ
る。
【図１５】 従来のマルチビーム半導体レーザーの出射
光の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…レーザービーム光、２…ウィンドー領域、３…端
面、１０…ＧａＡｓ基板、１１ａ〜ｊ…ボンディングパ
ッド（Ａｕ−Ｓｎ／Ａｕ−Ｚｎ）、１２…ボンディング
ワィヤー（Ａｕ）、１３…Ａｌ2Ｏ3１／４波長膜の低反
射コーティング、１４…（Ａｌ2Ｏ3１／４波長膜＋Ｓｉ
１／４波長膜）３周期の高反射コーティング、２０…ｎ
型クラッド層（ＳｅドープＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ）、２１
…活性層（アンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ）、２２…ｐ
型クラッド層（ＭｇドープＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ）、２３
…キャップ層（ＭｇドープＧａＡｓ）、２４…コンタク
ト電極（Ａｕ−Ｓｎ／Ａｕ−Ｚｎ）、２６…接続電極
（Ａｕ−Ｓｎ／Ａｕ−Ｚｎ）、２７…裏面電極、２８…
ストラィプ及び ストラィプ幅、２９…プロトン注入に
よる絶縁化領域、３０…混晶化領域、３１…シリコン拡
散領域（拡散フロント）、３２…拡散ブロック層（Ｓｉ
3Ｎ4）、３３…拡散源（Ｓｉ）、３４…拡散キャップ層
（Ｓｉ3Ｎ4）、３５…レジスト膜、４０…溝、４１…高
反射率層（５０％）、４２…レーザーの発光スポット、
４３ａ〜ｄ…ダイボンドパッド、４４…ダイボンドパッ
ド、４５…絶縁層、５０…マルチビーム半導体レーザー
アレイチップ、５１…ヒートッシンク、５２…裏面電極
引き出しワイヤ、５３…アース電極用ボンディングパッ
ド、５４…アース電極引き出しワイヤ、５５ａ〜ｄ…ダ
イボンドパッド、５６…アース電極用ダイボンドパッ
ド、５７…引き出し配線電極、θ1…半導体レーザー素
子から出射するレーザー光の接合面に平行な方向の拡が
り角、θ2…半導体レーザー素子からレーザー光の接合
面に垂直な方向の拡がり角、ＬＤ１〜ＬＤ６…半導体レ
ーザー素子１〜６

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板と、 この基板上に設けられ、互いに独立して駆動可能な複数
    の半導体レーザー素子と、 この半導体レーザー素子を形成するキャビティの第１の
    端面に配設された、前記半導体レーザー素子の活性の材
    料層より広いバンドギャップを有しかつ電気的に励起さ
    れない第１のウィンドー領域と、 この第１のウィンドー領域にコーティングされた、光学
    的反射率を低下させる低反射率膜と、 前記半導体レーザー素子を形成するキャビティの第２の
    端面に配設された、光学的反射率を増加させる高反射率
    膜とを備えてなるマルチビーム半導体レーザーアレイ。
  2. 【請求項２】 更に、 前記キャビテイに直交する面に設けられたボンデイング
    パッドと、 このボンデイングパッドと前記半導体レーザー素子とを
    接続する電極とを有し、前記電極を前記キャビテイに直
    交する端面側の前記第１のウインドー領域に設けてなる
    請求項１記載のマルチビーム半導体レーザーアレイ。
  3. 【請求項３】 更に、 前記キャビテイに直交する面に設けられ、前記半導体レ
    ーザー素子に電流を注入するための電流注入電極と、 この電流注入電極上に設けられた絶縁層と、 この絶縁層上に設けられたヒートシンクとを有する請求
    項１記載のマルチビーム半導体レーザーアレイ。
  4. 【請求項４】 更に、 前記第２の端面と高反射率膜との間に、前記半導体レー
    ザー素子の活性の材料層より広いバンドギャップを有し
    かつ電気的に励起されずかつ前記第１のウインドー領域
    よりも狭幅の第２のウィンドー領域を配設したことを特
    徴とする請求項１記載のマルチビーム半導体レーザーア
    レイ。
  5. 【請求項５】 更に、 前記キャビテイに直交する面に設けられ、前記半導体レ
    ーザー素子に電流を注入するための電流注入電極と、 この電流注入電極上に設けられた絶縁層と、 この絶縁層上に設けられたヒートシンクとを有する請求
    項４記載のマルチビーム半導体レーザーアレイ。
  6. 【請求項６】 更に、 前記キャビテイに直交する面に設けられたボンデイング
    パッドと、 このボンデイングパッドと前記半導体レーザー素子とを
    接続する電極とを有し、前記電極を前記キャビテイに直
    交する端面側の前記第１のウインドー領域に設けてなる
    請求項４記載のマルチビーム半導体レーザーアレイ。
  7. 【請求項７】 基板と、 この基板上に設けられた互いに独立して駆動可能な複数
    の半導体レーザー素子と、 この半導体レーザー素子を形成するキャビティの第１の
    端面および第２の端面のそれぞれに配設された、前記半
    導体レーザー素子の活性の材料層より広いバンドギャッ
    プを有しかつ電気的に励起されないウィンドー領域を備
    え、 このウインドー領域には、 隣接する半導体レーザー素子同士を光学的に分離する分
    離手段を備えたことを特徴とするマルチビーム半導体レ
    ーザーアレイ。
  8. 【請求項８】 更に、 前記キャビテイに直交する面に設けられたボンデイング
    パッドと、 このボンデイングパッドと前記半導体レーザー素子とを
    接続する電極とを有し、前記電極を前記キャビテイに直
    交する端面側の前記第１のウインドー領域に設けてなる
    請求項７記載のマルチビーム半導体レーザーアレイ。
  9. 【請求項９】 更に、 前記キャビテイに直交する面に設けられ、前記半導体レ
    ーザー素子に電流を注入するための電流注入電極と、 この電流注入電極上に設けられた絶縁層と、 この絶縁層上に設けられたヒートシンクとを有する請求
    項７記載のマルチビーム半導体レーザーアレイ。
  10. 【請求項１０】 基板と、 この基板上に設けられた互いに独立して駆動可能な複数
    の半導体レーザー素子と、 前記キャビテイに直交する面に設けられ、前記半導体レ
    ーザー素子に電流を注入するための電流注入電極と、 この電流注入電極上に設けられた絶縁層と、 この絶縁層上に設けられたヒートシンクとを有するマル
    チビーム半導体レーザーアレイ。
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US8153507B2 (en) 2006-02-22 2012-04-10 Samsung Led Co., Ltd. Method of manufacturing high power array type semiconductor laser device

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